ANÁLISIS DE RIESGO PARA EL SECTOR RESIDENCIAL COSTARRICENSE POR ZONA SÍSMICA Reporte Técnico
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ANÁLISIS DE RIESGO PARA EL SECTOR RESIDENCIAL COSTARRICENSE POR ZONA SÍSMICA Reporte Técnico ENERO, 2017 ELABORADO POR MSC. ALEJANDRO CALDERÓN [email protected] Resumen Ejecutivo Este estudio utiliza los modelos de amenaza, exposición y vulnerabilidad del sector residencial derivados por Calderón y Silva (2016) para Costa Rica, con el fin de estimar índices de riesgo económico según la zonificación sísmica del país propuesta en el Código Sísmico de Costa Rica, edición 2010. La metodología empleada es la de simulación de eventos estocásticos. Los índices derivados son la Pérdida Anual Promedio, la Máxima Pérdida Probable para los periodos de retorno de 50, 100, 200, 250 y 2000 años y los factores de daño para el portafolio inmobiliario residencial de cada zona. De acuerdo con los resultados obtenidos, la Pérdida Anual Promedio es de 0.18%, 0.14% y 0.18% para las Zonas Sísmicas II, III y IV, atribuyendo el índice menor en la Zona III al mejor desempeño del sector residencial debido a la mejor calidad constructiva, en relación con las otras dos zonas. Los Factores de Daño obtenidos para el periodo de 200 años son de 2.80%, 3.00% y 3.89% correspondientes a las Zonas II, III y IV, atribuyendo el incremento de los mismos en conformidad con la cercanía con la zona de mayor amenaza ubicada en la costa pacífica. Tabla de Contenidos Resumen Ejecutivo ........................................................................................................................................ 1 Tabla de Contenidos ..................................................................................................................................... 2 Marco Teórico ............................................................................................................................................... 3 Metodología de Riesgo basado en Eventos Estocásticos ......................................................................... 3 Modelo de Amenaza Sísmica para Costa Rica .......................................................................................... 5 Modelo de Exposición del Portafolio Residencial ..................................................................................... 6 Tipologías Estructurales ........................................................................................................................ 6 Resolución ............................................................................................................................................. 6 Modelo de Vulnerabilidad del Sector Residencial .................................................................................... 9 Análisis de Riesgo para Zona II del CSCR-10 ................................................................................................. 9 Características de la Zona ......................................................................................................................... 9 Pérdida Anual Promedio y Factor de Daño Anual................................................................................... 10 Pérdidas y Factores de Daño para Periodos de Retorno de 50, 100, 200, 250 y 2000 años .................. 11 Análisis de Riesgo para Zona III del CSCR-10 .............................................................................................. 11 Características de la Zona ....................................................................................................................... 11 Pérdida Anual Promedio y Factor de Daño Anual................................................................................... 14 Pérdidas y Factores de Daños para Periodos de Retorno de 50, 100, 200, 250 y 2000 años ................. 14 Análisis de Riesgo para Zona IV del CSCR-10 .............................................................................................. 15 Características de la Zona ....................................................................................................................... 15 Pérdida Anual Promedio y Factor de Daño Anual................................................................................... 16 Pérdidas y Factores de Daños para Periodos de Retorno de 50, 100, 200, 250 y 2000 años ................. 17 Comentarios ................................................................................................................................................ 17 Anexo .......................................................................................................................................................... 19 Funciones de fragilidad por código estructural ......................................... Error! Bookmark not defined. Funciones de vulnerabilidad por código estructural ................................. Error! Bookmark not defined. Marco Teórico En esta sección se describe de forma breve y simple la metodología utilizada para derivar los índices de riesgo para el sector residencial por zona sísmica. Para encontrar una descripción técnica completa de la metodología de evaluación de riesgo por medios probabilísticos favor referirse a la investigación realizada por Calderón y Silva (2016) sobre el Análisis Probabilístico de Riesgo Sísmico para Costa Rica. Metodología de Riesgo basado en Eventos Estocásticos La evaluación de riesgo mediante el uso de eventos estocásticos permite derivar índices de riesgo homogéneos para portafolios de bienes a gran escala (regional y nacional) que se encuentran bajo amenaza sísmica. La metodología requiere de tres componentes primarios para derivar métricas de riesgo que son: un modelo probabilístico de amenaza sísmica, un modelo de exposición para el inventario bajo amenaza y un modelo de vulnerabilidad de dicho inventario ante la amenaza. El análisis mediante eventos estocásticos comprende la simulación de un gran número de eventos sísmicos cuyas características, como ubicación, régimen tectónico, magnitud y profundidad están completamente definidas. Dicha simulación está basada en el modelo de amenaza símica, es decir, los eventos son generados aleatoriamente, pero sus características están dictadas por el mejor conocimiento sobre la sismicidad del país disponible al día de hoy. Véase por ejemplo en la siguiente figura, uno de los sets de eventos estocásticos generados por Calderón y Silva (2016) para el análisis de riesgo residencial de Costa Rica. Ilustración 1: Un set de eventos estocásticos para el análisis de riesgo del sector residencial costarricense. Tomado de Calderón y Silva (2016). Cada punto del mapa representa un evento sísmico con características definidas. Para cada evento sísmico generado se calcula el daño y la pérdida que ocasiona al portafolio en análisis y a dicha pérdida se le asigna un periodo de retorno. El número de eventos estocásticos debe ser suficientemente grande, ya que el propósito de este tipo de análisis es capturar todos los tipos posibles de eventos sísmicos que pueden suceder. Cuando se realiza de forma correcta, el análisis es capaz de capturar los sismos de intensidad baja de gran recurrencia que ocasionan pérdidas mínimas, hasta los eventos de gran intensidad ubicados cerca de zonas urbanas, cuya recurrencia es muy baja, pero tienen el potencial de causar pérdidas catastróficas. Es posible visualizar de forma gráfica cada pérdida del análisis con su respectivo periodo de retorno. A este tipo de gráfico se le conoce como Curvas de Excedencia, Curvas de PML, o Curvas de Máxima Pérdida Probable. Tómese como ejemplo la siguiente gráfica de la investigación de Calderón y Silva. Cada punto en la curva representa un sismo, cuya pérdida puede verse en el eje vertical y cuyo periodo de retorno puede verse en el eje horizontal. Los otros índices de riesgo que se derivan son los la Pérdida Anual Promedio y los Factores de Daño. La Pérdida Anual Promedio es la suma de todas las pérdidas registradas, divididas entre el número de años que se consideraron en la simulación de eventos estocásticos. Este es uno de los índices de riesgo más utilizados ya que es un promedio que muestra de forma homogénea y comparable el nivel de riesgo a cualquier escala. Mientras que los Factores de Daño, son el resultado de dividir una pérdida entre el valor del inventario. Estos pueden derivarse para pérdidas asociadas a cualquier periodo de retorno, por ejemplo 200 años, o pueden derivarse usando como referencia la pérdida anual promedio, en cuyo caso el factor queda anualizado. Ilustración 2: Curva de Máxima Pérdida Probable para el sector residencial de Costa Rica. Tomada de Calderón y Silva, 2016. Para derivar los índices de riesgo en este reporte se utilizaron los mismos modelos de amenaza, exposición y vulnerabilidad desarrollados y empleados por Calderón y Silva, en la plataforma de uso libre (open- source) OpenQuake de la fundación Global Earthquake Model. Sin embargo, en este reporte, el análisis estocástico se repitió desagregado en las tres zonas sísmicas de Costa Rica, definidas por el Código Sísmico del 2010. Nótese que las tres zonas están definidas como Zona II, Zona III y Zona IV. La Zona I es una zona de baja amenaza sísmica no tomada en consideración en este estudio ya que no aplica para el territorio nacional a nivel distrital. Modelo de Amenaza Sísmica para Costa Rica El modelo de amenaza determina de forma probabilística la intensidad de la sacudida sísmica esperada en el territorio nacional, basándose en el mejor conocimiento existente (sismos registrados, funciones de atenuación, fuentes sismológicas, etc.) sobre nuestros regímenes tectónicos. Al